la percezione del mondo esterno

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1 la percezione del mondo esterno

2 Psicodiagnostica delle abilità cognitive Gli esseri umani, come la maggior parte delle creature diurne, dipendono dal senso della vista Le informazioni visive dominano le nostre percezioni e strutturano il nostro pensiero (e.s. influsso sul linguaggio Vedo come capisco; Le tue idee sono poco chiare come descrizione di stati cognitivi) Grande quantità di tessuto anatomico coinvolto nella percezione visiva (è proprio vero?) Telerilevamento o percezione extracettiva Elaborazione in parallelo e analitica

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5 Il riconoscimento visivo di volti Sono i volti speciali? sviluppo effetti cognitivi espressioni neuropsicologia neurofisiologia effetti sociali

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7 Percezione dei volti

8 Percezione dei volti Rappresentazione invariante dell identità

9 Percezione dei volti Rappresentazione invariante dell identità

10 Rappresentazione invariante dell identità indipendentemente dall età

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13 Il riconoscimento visivo di volti La percezione di volti è forse l abilità percettiva visiva più evoluta: ha un ruolo fondamentale nelle interazioni sociali La percezione di facce attiva diverse regioni della corteccia visiva extrastriata così come altre regioni della corteccia non visiva Diverse componenti del sistema percettivo delle facce mediano aspetti relativamente indipendenti della percezione È necessario distinguere il riconoscimento (capacità di processare l informazione visiva di una faccia), dall identificazione (riconoscimento di una singola faccia) e dalla detezione (capacità di individuare il pattern di una faccia indipendentemente dall identità) dei volti Riconoscimento olistico

14 Il riconoscimento visivo di volti Esiste un sistema specializzato per il riconoscimento di facce: Prosopagnosia: : deficit selettivo nella capacità di riconoscere facce familiari, mentre è risparmiata la capacità di riconoscere altri oggetti (lesioni bilaterali della corteccia occipitotemporale, sindrome di Williams, autismo) Studio dell attività neuronale negli animali I neonati, poco dopo la nascita, preferiscono seguire con lo sguardo facce umane che altri oggetti Avvento delle tecniche di esplorazione funzionale in vivo dell attività neuronale sinaptica (PET, fmri, MEG)

15 Il riconoscimento visivo di volti Domande 1. Come percepiamo i volti? 2. Quali informazioni sono ricavate dai volti? 3. Quali sono i meccanismi neuronali che mediano il riconoscimento dei volti? 4. Come è usata questa informazione?

16 Il sistema visivo * Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie * La via del what e la via del where * Elaborazione dei volti nella via ventrale del what * Più regioni che rispondono ai volti * La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young) * Rappresentazioni distinte dell identità e dell espressione facciale - Lo studio delle 8 categorie * Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti * Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei volti - Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità * Aspetti temporali del riconoscimento visivo - Risposte precoci e tardive

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20 Mappa retinotopica delle vie vie visive primarie (Sereno (Sereno et et al. al. 1995) 1995)

21 Retinotopia nella corteccia visiva umana (Sereno et et al., al., 1995)

22 Aree visive V1 V2 V3 V3a V4v MT+ left right cm

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24 Il sistema visivo * Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie * La via del what e la via del where * Elaborazione dei volti nella via ventrale del what * Più regioni che rispondono ai volti * La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young) * Rappresentazioni distinte dell identità e dell espressione facciale - Lo studio delle 8 categorie * Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti * Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei volti - Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità * Aspetti temporali del riconoscimento visivo - Risposte precoci e tardive

25 Via degli Oggetti e Via Spaziale nel Macaco

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27 Caratterizzazione dei sistemi corticali visivi what e where where di Ungerleider e Mishkin: discriminazione e riconoscimento di oggetti (via ventrale occipito-temporale temporale inferiore) vs localizzazione spaziale (via dorsale parieto-occipitale occipitale) what e how how di Milner e Goodale: riconoscimento dell oggetto (via ventrale occipito- temporale inferiore) vs trasformazione delle caratteristiche percettive dell oggetto in coordinate egocentriche finalizzata all azione(via dorsale parieto- occipitale) semantico e pragmatico di Jeannerod: distinzione funzionale senza particolari caratterizzazioni anatomiche

28 Il riconoscimento dei colori

29 La percezione del movimento - MT Percezione del movimento Percezione ambigua di moto Moto implicito Moto apparente

30 Caratterizzazione dei sistemi corticali visivi

31 Studi PET-rCBF sulla percezione degli oggetti e localizzazione spaziale Match-to-Sample Task

32 La teoria dell azione/percezione il what e how how di Milner e Goodale (1996) connessioni visuo-motorie La via dorsale è collegata all area premotoria usata per il controllo oculomotorio, l avvicinamento e la presa (grasping) La via ventrale è connessa ad aree per l apprendimento, la memoria e il comportamento sociale

33 La teoria dell azione/percezione il what e how di Milner e Goodale Lesione dorsale = atassia ottica Il paziente può riconoscere gli oggetti ma non è capace di afferrarli Lesione ventrale = agnosia della forma visiva Il paziente non riconosce gli oggetti, ma può muoversi nello spazio sulla base delle informazioni visive

34 Il sistema visivo * Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie * La via del what e la via del where * Elaborazione dei volti nella via ventrale del what * Più regioni che rispondono ai volti * La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young) * Rappresentazioni distinte dell identità e dell espressione facciale - Lo studio delle 8 categorie * Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti * Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei volti - Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità * Aspetti temporali del riconoscimento visivo - Risposte precoci e tardive

35 Sites of of Face-Selective Neurons in in the the Macaque (summary (summary of of 8 8 studies studies from from Perrett Perrett et et al. al. 1992) 1992)

36 Regioni selettive per il riconoscimento di facce Giro Occipitale Inferiore Solco Temporale Superiore Giro Fusiforme Laterale

37 Una regione selettiva per le facce nel giro fusiforme Kanwisher et al. J Neurosci, 1997 McCarthy et al. J Cog Neurosci, 1997

38 L area fusiforme per le facce

39 Studi fmri della percezione di facce e case Passive Viewing Delayed Matching 0.5 sec 0.5 sec 0.5 sec 0.5 sec 0.5 sec 1.5 sec 0.5 sec 2.0 sec

40 Regioni che dimostrano una risposta differenziale alle facce e alle case in 6 soggetti L QH TB LS JH ML WE R L R L R L R L R L R y = -50 y = -52 y = -46 y = -56 y = -46 y = -54 z = -16 z = -13 z = -20 z = -16 z = -16 z = -16 Faces > Houses Houses > Faces Z =

41 Una regione selettiva per il riconoscimento di facce,, di luoghi,, di parti del corpo? Kanwisher et al. J Neurosci, 1997 McCarthy et al. J Cog Neurosci, 1997 Downing et al. Science, 2001 Parahippocampal Place Area (PPA) Epstein & Kanwisher, Nature, 1998 Building Area Aguirre et al. Neuron, 1998

42 Una regione selettiva solo per il riconoscimento di facce?

43 Una regione selettiva solo per il riconoscimento di facce? La sua attività potrebbe non essere limitata al semplice riconoscimento di facce, ma contribuirebbe a veicolare informazioni visive anche per altri oggetti

44 Una regione selettiva solo per il riconoscimento di facce?

45 Una regione selettiva solo per il riconoscimento di facce? Il ruolo dell esperienza

46 La percezione olistica e l importanza delle informazioni relazionali: inversione delle facce

47 Temporal Specificity of ERP Responses to Objects Clear temporal specificity to the face response The earliest and most prominent component is the N200/N170 Allison et al., Cerebral Cortex, 1999

48 Experimental Conditions Task Stimuli and Experimental Timing Single Exposure Faces Single Exposure Houses Faces on Scrambled Houses Houses on Scrambled Faces Double Exposure Selective Attention 2.5 s 2.5 s 2.5 s 500 ms 500 ms 500 ms 500 ms 60 trials 180 sec per run

49 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset

50 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces

51 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces houses

52 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr houses

53 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr houses houses-scr

54 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr dblx-faces houses houses-scr

55 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr dblx-faces houses houses-scr dblx-houses

56 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr dblx-faces houses houses-scr dblx-houses

57 Selective Visual Attention- MEG Stimulus Onset Stimulus Offset faces faces-scr dblx-faces houses houses-scr dblx-houses

58 Selective Visual Attention- MEG Specificità Temporale degli ERP agli Oggetti Risultati dell attenzione selettiva - MEG: 1. L attenzione selettiva non altera le componenti precoci della risposta specifica per categoria (<200ms) 2. L attenzione influenza le componenti tardive della risposta 3. Identificato il punto temporale dopo il quale l attenzione influenza l elaborazione dell informazione sulla categoria dell oggetto (>200ms)

59 Il sistema visivo * Organizzazione retinotopica delle regioni visive primarie * La via del what e la via del where * Elaborazione dei volti nella via ventrale del what * Più regioni che rispondono ai volti * La familiarità dei volti (il modello di Bruce & Young) * Rappresentazioni distinte dell identità e dell espressione facciale - Lo studio delle 8 categorie * Rappresentazioni nelle regioni responsive ai volti * Sistema esteso per la comprensione delle informazioni dei volti - Attenzione, lettura delle labbra, emozioni, familiarità * Aspetti temporali del riconoscimento visivo - Risposte precoci e tardive

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61 Regioni selettive per categorie Rappresentazione Distribuita Topologia della Forma dell Oggetto

62 Topografia della forma dell oggetto nella corteccia extrastriata ventrale

63 Topografia della forma dell oggetto nella corteccia extrastriata ventrale Run Pari r = 0.81 r = r = r = 0.87 Run Dispari Risposta ai volti Risposta alle case

64 Topografia della forma dell oggetto nella corteccia extrastriata ventrale Mean Correlation ± SE F H Ca B Sc Sh Ch SP All category-selective ventral temporal cortex -0.5 F H Ca B Sc Sh Ch SP Without maximally responsive voxels

65 Analisi della distribuzione spaziale dei pattern di risposta * Capacità illimitata * Pattern di risposta per molteplici categorie di oggetti * L informazione è convogliata da risposte submassimali * La categoria di oggetti che viene riconosciuta può sempre essere identificata da pattern specifici di risposta nelle regioni che rispondono in modo massimale ad altre categorie di oggetti * Risoluzione spaziale maggiore rispetto alle regioni distinte

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67 Un sistema distribuito di regioni cerebrali per il riconoscimento delle facce Sistema Centrale per l Elaborazione Percettiva Giro Occipitale Inferiore (OFA) Percezione preliminare delle Caratteristiche facciali Solco Temporale Superiore (psts) Movimenti del volto e aspetti variabili del volto (sguardo, espressione) Giro Fusiforme Laterale (FFA) Aspetti invarianti dei volti e percezione dell unicità dell identità Sistema Esteso Per l Analisi Ulteriore Solco Intraparietale Attenzione Spaziale Precuneo Recupero di immagini dalla LTM Giro Temporale Superiore Discorso parlato Amigdala, Insula Anteriore Emozioni Corteccia Temporale Anteriore Conoscenza biografica Superior Temporal Sulcus Inferior Occipital Gyrus Solco Temporale Superiore Teoria della mente Paracingulato Anteriore Teoria della mente, attributi personali Lateral Fusiform Gyrus

68 Differential Tuning of of STS and IT IT Neurons to to Face Identity and Expression (Hasselmo (Hasselmoet et al. al. 1989) 1989) Superior Temporal Sulcus Inferior Temporal Cortex

69 Il solco temporale superiore

70 I movimenti degli occhi e della bocca attiva il solco temporale superiore (Puce et al. 1998)

71 Sistema distribuito per ricavare informazioni dai volti IPS e Attenzione spaziale (Hoffman & Haxby 2000) STG e Comprensione Amigdala e Verbale Uditiva (Calvert et al. 1997) Elaborazione affettiva (Breiter et al. 1996) vs Lip reading Heard speech Both vs

72 Attivazione delle aree temporali anteriori per il riconoscimento di volti celebri (Leveroni et al. 2000) L R

73 Il modello di Bruce e Young per il riconoscimento di volti or EXPRESSION ANALYSIS FACIAL SPEECH ANALYSIS DIRECTED VISUAL PROCESSING View-centered descriptions Expressionindependent descriptions STRUCTURAL ENCODING FACE RECOGNITION UNITS COGNITIVE SYSTEM PERSON IDENTITY NODES NAME GENERATION

74 Il modello di Bruce e Young per il riconoscimento di volti 7 tipi di informazioni da un volto -Pictorial code - Structural code - Visually-derived semantic code - Identity-specific semantic code -Name - Expression - Facial speech Differenti codici strutturali per volti familiari e non Multiple encodings for a familiar individual that are expression-independent and specific to angle of profile

75 Come viene rappresentata la familiarità con un volto? Familiarità visiva semplice Conoscenza della persona Emozione Tratti personali Intenzioni

76 Studio delle celebrità Celebrità Parenti/Amici Sconosciuti

77 Studio delle mamme Il proprio figlio Amici del proprio figlio Bambini sconosciuti

78 Studio delle celebrità: giro fusiforme Il volto delle persone sconosciute induce una risposta maggiore rispetto a quello delle celebrità (persone note con cui non siamo familiari) Il volto delle persone familiari induce una risposta maggiore rispetto a quello delle celebrità p < R L Celebrità > Sconosciuti Sconosciuti > Celebrità Celebrità > Familiari Familiari > Celebrità

79 Studio delle mamme: giro fusiforme Il volto dei bambini sconosciuti induce una risposta maggiore rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio Il volto proprio figlio induce una risposta maggiore rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio p < R L Bambini sconosciuti > Amici del proprio figlio Amici del proprio figlio > Bambini sconosciuti Bambini sconosciuti > Amici del proprio figlio Amici del proprio figlio > Bambini sconosciuti

80 La familiarità modula la risposta del giro fusiforme alla percezione di volti Le facce note ma non familiari, rispetto a quelle sconosciute, inducono una risposta minore Tra le facce familiari, quelle con una più stretta relazione personale inducono una risposta maggiore La maggior risposta del giro fusiforme alla familiarità potrebbe essere modulata da altre regioni cerebrali

81 La percezione di volti familiari attiva un network di aree cerebrali coinvolte non solo nella familiarità visiva ma anche: nella risposta affettiva a quella persona (amigdala); nel recupero di memorie associate a quella persona (precuneo); nella conoscenza della personalità, attitudini o intenzioni di quella persona ( theory of mind areas). Paracingolo anteriore Precuneo Solco temporale superiore Celebrità > Familiari Familiari > Celebrità

82 Studio delle celebrità: amigdala Il volto delle persone sconosciute induce una risposta maggiore rispetto a quello delle celebrità (persone note con cui non siamo familiari) Il volto delle persone familiari induce una risposta minore rispetto a quello delle celebrità R L Sconosciuti > Celebrità Celebrità > Sconosciuti Celebrità > Familiari Familiari > Celebrità

83 Studio delle mamme: amigdala Il volto dei bambini sconosciuti induce una risposta maggiore rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio Il volto proprio figlio induce una risposta maggiore rispetto al volto conosciuto degli amici del figlio p < R L Bambini sconosciuti > Amici del proprio figlio Amici del proprio figlio > Bambini sconosciuti Bambini sconosciuti > Amici del proprio figlio Amici del proprio figlio > Bambini sconosciuti

84 La familiarità e l attaccamento emotivo modulano la risposta dell amigdala Le facce familiari, rispetto a quelle non familiari, inducono una risposta minore ma il volto del proprio figlio induce unarispostamaggiore La valutazione dell affidabilità di una persona dalla percezione di un volto attiva maggiormente l amigdala L amigdala è coinvolta nella valutazione affettiva delle persone, riflettendo un aumentato stato di vigilanza nell incontro con un altra persona sconosciuta (modulato dal grado di conoscenza) La maggior attivazione dell amigdala nel riconoscimento del proprio figlio potrebbe essere associata ad una maggiore attitudine materna alla protezione

85 Studio delle espressioni 10 soggetti sani (4 femmine 6 maschi) età 24±3.5 One-back repetition detection task Ekmann emotional faces Half-split correlation analysis facce emotive Solco temporale superiore Amigdala Giro fusiforme Giro fusiforme facce neutre

86 Studio delle espressioni Il solco temporale superiore discrimina le differenti espressioni emotive Il giro fusiforme sembra non processare questa informazione se non in modo meno accurato Da Gobbini e coll. HBM 2005

87 Quando la risposta emotiva diventa eccessiva

88 Studio delle espressioni in fobici sociali 6 soggetti con fobia sociale (3 femmine/3 maschi) età 40±5.5 One-back repetition detection task Ekmann emotional faces Half-split correlation analysis Da Gentili e coll. in preparazione

89 Alterazione della risposta di riconoscimento di volti: Incapacità a mantenere la fissazione dello sguardo (potenziale minaccia) Hyperscanning (ipervigilanza)

90 Studio delle espressioni in fobici sociali facce emotive Nei fobici sociali attivazione differenziale dell amigdala destra facce neutre P < da Gentili e coll. in preparazione

91 Spettro Autistico > Adolescenti sani Giro fusiforme Amigdala Precuneo Adolescenti sani > Spettro Autistico

92 Eye-tracking Paradigma sperimentale

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94 Correlazione BOLD con ET Autismo > Sviluppo normale